2.1 植物细胞工程（第2课时 应用）（教学课件）-【上好课】高二生物同步高效课堂（人教版2019选择性必修3）

【本节聚焦】 1.植物细胞工程在生产实践中有哪些应用？ 2.植物细胞工程应用于生产实践的主要优势是什么？ 第二章 细胞工程 第2节 植物细胞工程的应用 本PPT模板部分元素使用了幻灯片母版制作。如果需要修改，点击-视图-幻灯片母版-修改；完成后关闭编辑母版即可。 1 问题探讨 铁皮石斛 经济苗木、名贵花卉、珍稀植物等自然繁殖速度缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易保持……如何解决？ 石斛：驱解虚热，养胃生津、提高免疫力、延年益寿等疗效、观赏价值。 快速繁殖 思考 2 一、植物繁殖的新途径 1.什么是快速繁殖技术？ 2.快速繁殖技术有哪些特点？ 3.快速繁殖技术用于产业化生产的实例有哪些？ 合作探究一：请同学们自主阅读教材P39，小组合作思考讨论完成问题。 3 一、植物繁殖的新途径 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，也叫作微型繁殖技术。 外植体 愈伤组织 人工胚状体 (或根/芽) 幼苗 脱分化 再分化 完整植株 一般为无性生殖 植物细胞的全能性 （2) 生殖方式： （3) 原理： (1) 概念： 注意：扦插、压条、嫁接等不属于微型繁殖技术。 1.快速繁殖 4 一、植物繁殖的新途径 1.快速繁殖 一些优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物等。 试管苗大规模培养 （4）优点： （5）实例： ①无性繁殖，保持优良品种的遗传特性 ②高效快速地实现种苗的大量繁殖 ③保持优良品种的遗传特性，可实现产业化生产 思考：植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？ 愈伤组织细胞分裂旺盛、快速，对愈伤组织进行分割、移瓶、诱导再分化就可以形成大量的新植株。植物组织培养在实验室进行，一般不受季节、气候等限制。 5 一、植物繁殖的新途径 植物繁殖的新途径还有什么呢？ 6 一、植物繁殖的新途径 合作探究一：请同学们自主阅读教材P40，小组合作思考讨论完成问题。 1.作物为什么要进行脱毒？ 2.应该选择植物的什么部位培育脱毒苗？为什么要选择该部位？ 3.培育脱毒作物的流程是怎样的？ 4.脱毒作物有何优点？ 5.你还知道哪些作物脱毒的实例？ 7 一、植物繁殖的新途径 2.作物脱毒 组织培养 脱毒苗 顶端分生区（如茎尖）： 注：脱毒苗不等于抗毒苗。与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。 马铃薯 香蕉 草莓 无性繁殖 感染的病毒很容易传给后代 病毒在作物体内积累 作物产量降低品质变差 (1)脱毒原因: (2)脱毒方法: 病毒极少，甚至无病毒。 8 一、植物繁殖的新途径 (3)过程: 无病毒组织 （切取茎尖组织） 愈伤组织 根、芽 幼苗 完整植株 再分化 脱分化 移栽成活 (4)优点: 明显提高农作物的产量和品质。 (5)实例: 2.作物脱毒 脱毒草莓 普通草莓 甘蔗 菠萝 9 课堂练习 1.葡萄的扦插、桃树的嫁接、石榴的压条繁殖方式都属于微型繁殖。( ) 2.脱毒苗培育所选的组织培养材料可以来自植株的任何部位。( ) 3.取茎尖分生组织进行组织培养，可获得抗毒苗。( ) 4.作物脱毒与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。（ ） 5.从植物体上获取任何细胞，经组织培养得到的植株与亲本性状一定都完全一致。（ ） × × × × √ [注意] 脱毒苗 ≠ 抗毒苗 体细胞 VS 花粉（生殖细胞） 没有经过组织培养 顶端分生区附近（如茎尖） 当以花粉为外植体进行植物组织培养时，得到的植株与亲本性状还一致吗？ 10 实际问题： 传统的育种方法： 原理： 缺点： 传统方法： 杂交育种 P： 紫色非甜玉米 AASS × 白色甜玉米 aass F1 紫色非甜玉米 AaSs ↓ 第1年 ↓ × 选育出需要 的纯种 F2 A_S_ A_ss aaS_ aass 紫甜 第2年 第3年 × 生长 A_ss F3 第4年 现有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何获得纯种的紫色甜玉米（基因型AAss）？ 通过杂交把两亲本的优良性状组合在同一后代中(基因重组) 杂交育种 多年纯化和选择，才得到符合理想要求的新品种 如何解决育种时间过长的问题？ 11 传统方法： 杂交育种 P： 紫色非甜玉米 AASS × 白色甜玉米 aass 紫色非甜玉米 AaSs ↓ 配子： AS As aS as 花药离体培养 单倍体幼苗： AS As aS as 纯合体: AASS AAss aaSS aass 选择紫甜玉米即为新品种 现有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何短时间获得纯种的紫色甜玉米（基因型AAss）？ P： 紫色非甜玉米 AASS × 白色甜玉米 aass F1 紫色非甜玉米 AaSs 第1年 × 选育出紫甜的纯种 F2 A_S_ A_ss aaS_ aass 紫甜 第2年 第3年 × 生长 A_ss F3 第4年 12 二、作物新品种的培育 1. 单倍体育种 （1）过程： （2）原理： （其中花药离体培养利用了植物细胞的全能性） 染色体数目变异 花药离体培养 诱导染色体加倍 二倍体植株 单倍体植株 二倍体植株（纯合子） （秋水仙素处理） 单倍体育种包括哪些主要步骤？ 13 二、作物新品种的培育 ①后代都是纯合子，能稳定遗传 ②明显缩短育种年限，加速育种进程 ③作为体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料 (3)优点: 1. 单倍体育种 我国科学家在1974年成功培育出世界上第一个单倍体作物新品种——单育1号烟草。 我国科学家把单倍体育种与常规育种结合起来，育成水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物的新品种。 (4)实例： 14 在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们容易受到培养条件和诱变因素（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。 问题:你有什么启发？ 从产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。 抗花叶病毒的甘蔗 抗盐碱的烟草 15 二、作物新品种的培育 2. 突变体的利用 愈伤组织细胞不断分裂，细胞要进行DNA分子复制，因此更易发生突变。 （1）产生原因： 在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此容易受到培养条件和诱变因素（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。 （2）过程： 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 突变体 筛选培育 新品种 诱变处理 不一定，因为突变是不定向的。 诱变处理的对象？为什么？产生的变异一定符合需要吗？ 16 二、作物新品种的培育 （5）实例： （3）原理： （4）优缺点： 2. 突变体的利用 基因突变（或染色体变异）；植物细胞的全能性。 提高愈伤组织的突变率，加速育种进程。 难以控制突变的方向，有利性状比较少，需要大量处理实验材料。 已筛选出抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体， 抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。 17 紫草宁（紫草的一种药物和色素） 具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性（首例药用植物细胞工程产品） 紫杉醇（红豆杉的一种次生代谢物） 具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌症的治疗 问题:能不能利用植物细胞工程技术生产紫杉醇？ 三、细胞产物的工厂化生产 合作探究三：请同学们自主阅读教材P40，小组合作思考讨论完成问题。 1.植物的代谢产物有哪些？有何区别？ 2.什么是植物细胞培养? 3.细胞产物的工厂化生产生产过程是怎样的？有哪些优点？实例？ 19 三、细胞产物的工厂化生产 ①初生代谢： ②次生代谢： 生物生长生存所必需的代谢活动，整个生命过程一直进行。 不是植物基本的生命活动所必需的产物，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。 产物 如糖类、脂质、蛋白质、核酸等 产物 应用 一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等） ①植物次生代谢物含量很低； ②从植物组织提取会大量破坏植物资源； ③有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到。 缺点 a、在植物抗病、抗虫方面发挥作用 b、也是很多药物、香料和色素等的重要来源。 应用多、产量低 1.植物的代谢 20 三、细胞产物的工厂化生产 利用植物细胞培养来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。 在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。 2.植物细胞培养 (1)概念： 外植体 脱分化 愈伤组织 细胞悬液 细胞产物 培养、提取、破碎 振荡分散 （2)过程： 注意： Ⅰ. 一般培养到愈伤组织阶段，从愈伤组织的细胞中获得细胞产物。因为此时细胞分裂能力强，代谢快，产物多； Ⅱ. 液体培养基（培养液）有利于培养的细胞与营养物质充分接触。 （液体培养基） 21 三、细胞产物的工厂化生产 （3）优点：快速高效，不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制。 （4）意义：对于社会、经济、环境保护具有重要意义。 （5）实例： a.工厂化生产人参皂甙干粉的基本流程： 脱分化 培养选择 破碎细胞 放入发酵罐 人参根 愈伤组织 增长速度快人参皂甙干粉含量高的细胞 愈伤组织 人参皂苷粉 22 三、细胞产物的工厂化生产 （5）实例： b.工厂化生产紫杉醇的基本流程： 离体植物组织 脱分化 愈伤组织 从愈伤组织中提取紫杉醇 红豆杉 紫杉醇 植物细胞培养与植物组织培养有什么区别? 思考 23 三、细胞产物的工厂化生产 植物组织培养和植物细胞培养的比较 比较项目 植物组织培养 植物细胞培养 目的 原理 过程 应用 获得植物体 获得细胞产物 植物细胞的全能性 细胞增殖 快速繁殖、作物脱毒、 单倍体育种等 细胞产物的工厂化生产，如紫草宁、人参皂苷、紫杉醇等 24 三、细胞产物的工厂化生产 育种方法 原理 过程 优点 快速繁殖   脱分化、再分化 保持优良品种的遗传特性 突变体 的利用 基因突变、 细胞的 ; 对愈伤组织进行诱变处理后再筛选 提高 ，获得优良性状 单倍体 育种 细胞的 、 ; 、 诱导染色体数目加倍 明显缩短？ 植物体细 胞杂交 细胞膜的 、 细胞的 ; 融合、 杂种细胞组织培养 打破 ， 实现 。 细胞的全能性 全能性 突变率 全能性 染色体变异 先花药离体培养 再秋水仙素 育种年限 流动性 全能性 植物细胞 生殖隔离 远缘杂交 四种育种方法的比较 25 到社会中去 “手指植物”通常培育在装有彩色固体培养基的小玻璃瓶中，只要保证充足的光照和适宜的温度，不需要额外补充水分和营养物质，它们就能在玻璃瓶中生长三四个月之久。 “手指植物”的制作方法用到了植物组 织培养技术。在制作过程中，一定要注意做好灭菌和消毒工作，为了防止污染可在培养基中加入一定量的抑菌剂。另外，还可以根据个人喜好，在培养基中加入适量的色素或者荧光剂，使“手指植物”更具有观赏价值。 手指植物 26 单倍体育种得到的都是纯合子 课堂练习 A.过程②通常使用的试剂是秋水仙素，作用时期为细胞有丝分裂前期 B.通过过程①②得到的植株既有纯合子又有杂合子 C.过程①属于植物的组织培养，在此过程中必须使用一定量的植物激素 或植物生长调节剂 D.与杂交育种相比，该育种方法的优点是能明显缩短育种的年限 √ 1.如图是利用某种植物(基因型为AaBb)产生的花粉进行单倍体育种的示意图。据图判断，下列叙述错误的是 27 课堂练习 2.如图是通过植物细胞工程获得紫杉醇的途径，下列叙述不正确的是 A.该生产途径依据的原理是植物细胞具有全能性 B.过程①需控制好培养基中植物激素或植物生长调节剂的比例 C.经过过程①，细胞的形态和结构发生变化 D.过程③需使用液体培养基，有利于细胞增殖 √ 细胞增殖 28 课堂小结 保持优良性状 快速大量繁殖 快速 繁殖 作物 脱毒 选择根尖 茎尖、芽尖 选择花粉培养 单倍体 加倍 单倍体育种 化学物理因素诱导筛选 突变体利用 植物繁殖新途径 作物新品种的培育 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 胚状体 试管苗 试管苗 ③细胞产物的工厂化生产 29 练习与应用 一、概念检测 纤维素酶和果胶酶 A 2. 科学家在制备原生质体时，有时使用蜗牛消化道提取液来降解植物细胞的细胞壁。据此分析，蜗牛消化道提取液中可能含有什么成分？ 1. 下图是利用甲、乙两种植物的各自优势，通过植物细胞工程技术培育高产、耐盐的杂种植株的实验流程图。下列相关叙述错误的是( ) A.进行a处理时能用胰蛋白酶 B.b是诱导融合后得到的杂种细胞 C.c是培养后得到的具有耐盐性状的幼芽 D.进行d选择时要将植株种在高盐环境中 30 练习与应用 一、概念检测 1. 运用植物细胞工程技术可以培育单倍体植株和进行细胞产物的工厂化生产。判断下列相关表述是否正确。 （1）用花药培养得到单倍体植株需要用到植物组织培养技术。（ ） （2）细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞生长的培养条件，提高了单个细胞中次生代谢物的含量。（ ） 2.生产中培育香蕉脱毒苗常用的方法是 （ ） A.人工诱导基因突变 B.选择优良品种进行杂交 C.进行远缘植物体细胞杂交 D.取茎尖分生组织进行组织培养 √ × D 31 练习与应用 【提示】积极探索其他的繁育途径。例如，研究如何利用植物组织培养技术繁育甜叶菊，研究内容涉及植物组织培养材料的选择，培养基配方的优化，提高试管苗移栽成活率的方法等，最终目的是建立一套利用植物组织培养技术繁育甜叶菊的标准技术体系，实现甜叶菊种苗的产业化生产。 2. 甜叶菊是一种菊科植物，植株中所含甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍左右，而它的热量却很低，所以它逐渐成为一些用糖行业欢迎的新糖源。甜叶菊的种子小，发芽率低，种子繁殖遗传性状不稳定；而扦插植株的根系弱，且需要原始材料多，这些都会限制甜叶菊的生产。假如你是某甜叶菊生产公司的项目负责人，该公司当前运行状况良好，但一直未能解决种子发芽率低的问题，为了提高公司的甜叶菊繁育效率，你应该如何作出决策，并请说出理由。 二、拓展应用 32 感谢您的观看！ 本PPT模板部分元素使用了幻灯片母版制作。如果需要修改，点击-视图-幻灯片母版-修改；完成后关闭编辑母版即可。 33 FormatFactory : www.pcfreetime.com Lavf58.33.100 花粉幼苗A植株B $$